ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H02K19/36 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций.

Известен синхронный генератор с двумя обмотками на статоре и роторе, имеющий систему стабилизации напряжения (патент РФ №2107378, Н 02 К 19/30, от 20.03.98 г.). Недостатком известного генератора является сложность конструкции и схемы управления.

Наиболее близким по техническому решению является генератор переменного тока с комбинированным возбуждением по патенту РФ №2145763, Н 02 К 19/36, содержащий трехфазную обмотку на статоре, трехфазный выпрямитель, обмотку возбуждения на роторе. Стабилизация напряжения осуществляется за счет шунтирования обмотки возбуждения регулирующим элементом.

Недостатком известного генератора являются большие массогабаритные показатели за счет конденсаторов, небольшой диапазон регулирования выходного напряжения, ограниченная область применения.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, расширение диапазона регулирования выходного напряжения и возможность питать нагрузку на постоянном и переменном токе различного выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что генератор переменного и постоянного тока, содержащий трехфазную обмотку на статоре, трехфазный выпрямитель, обмотку возбуждения на роторе, содержит силовой транзистор, схему управления, состоящую из интегрального стабилизатора с токоограничивающим сопротивлением, конденсатор фильтра, делитель напряжения, содержащий резистор и потенциометр, соединенные между собой последовательно, а с другой стороны - с "плюсом" и "минусом" трехфазного выпрямителя, ползунок потенциометра соединен с конденсатором фильтра и входом интегрального стабилизатора, общая точка которого соединена с "минусом" трехфазного выпрямителя, а его выход соединен с токоограничивающим сопротивлением и базой силового транзистора, эмиттер которого соединен с "плюсом" трехфазного выпрямителя, а коллектор - с обмоткой возбуждения, зашунтированной диодом, последние соединены с "минусом" трехфазного выпрямителя, при этом нагрузка переменного тока подключается к трехфазной обмотке, а постоянного тока - к выходу трехфазного выпрямителя с напряжением Ud или к нулевой точке трехфазной обмотки и одному из выводов трехфазного выпрямителя, при этом выходное напряжение равно Ud/2.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что генератор переменного и постоянного тока дополнительно содержит силовой транзистор, схему управления, состоящую из интегрального стабилизатора (например, Я 120-А, Я 112-А) с токоограничивающим сопротивлением, конденсатор фильтра, делитель напряжения, содержащий резистор и потенциометр, соединенные определенным образом, что позволяет питать нагрузку переменным и постоянным током, а также стабилизировать и регулировать выходное переменное и постоянное напряжение в широком диапазоне.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема генератора переменного и постоянного тока.

Генератор переменного и постоянного тока (далее генератор) содержит статорную обмотку 1, соединенную с одной стороны в "звезду" с выходным зажимом 2, с другой стороны - с выходными зажимами трехфазного тока 3 и трехфазным выпрямителем 4 с выходными зажимами 5 и 6 ("плюс", "минус"), которые соединены через силовой транзистор 7 с обмоткой возбуждения 8, зашунтированной диодом 9, и схему управления, состоящую из интегрального стабилизатора 10 с токоограничивающим сопротивлением 11, делителя напряжения, содержащего резистор 12, потенциометр 13 и конденсатор фильтра 14, причем резистор 12 и потенциометр 13 соединены между собой последовательно, а с другой стороны - с "плюсом" и "минусом" трехфазного выпрямителя 4, ползунок потенциометра 13 соединен с конденсатором фильтра 14 и входом интегрального стабилизатора 10, общая точка которого соединена с "минусом" трехфазного выпрямителя 4, а его выход соединен с токоограничивающим сопротивлением 11 и базой силового транзистора 7.

В качестве силового транзистора 7 могут использоваться транзисторы с допустимым током коллектора и допустимым обратным напряжением или биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT - (Insulated Gate Bipolar Transistors), которые имеют малые токи управления.

В качестве интегрального стабилизатора 10 используется серийный регулятор типа Я 112-А, Я 120-А (или аналогичный) с фиксированным напряжением стабилизации. Напряжение стабилизации Я 112-А лежит в пределах 14,1±0,2 В, а Я 120-А - в пределах 28,5±0,3 В (см. Электротехнический справочник в 3-х томах: Том 3, книга 2, стр.272-274 / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А. Жукова и др. - 6-е изд. - М.: Энергоиздат, 1982 г.).

Новая схема включения известных интегральных стабилизаторов позволяет получить различное стабилизированное напряжение генератора и регулируемое с помощью потенциометра 13.

Генератор переменного и постоянного тока работает следующим образом.

За счет остаточного намагничивания ротора в трехфазной обмотке 1 наводится ЭДС, которая выпрямляется трехфазным выпрямителем 4 и подается на выходные зажимы 5 и 6 ("плюс", "минус") и одновременно через открытый (посредством токоограничивающего сопротивления и интегрального стабилизатора 10) транзистор 7 на обмотку возбуждения 8, при этом увеличивается магнитный поток и ЭДС обмотки 1. Происходит процесс самовозбуждения генератора. Напряжение на зажимах 5 и 6 растет. Это напряжение через резистор 12 и потенциометр 13 поступает на вход интегрального стабилизатора 10. При определенном значении напряжения (например, 14,1 В для Я 112-А) происходит переключение интегрального стабилизатора 10, который управляет работой силового транзистора 7, и в конечном итоге регулируется ток возбуждения в обмотке 8.

Изменяя положение ползунка потенциометра 13, можно регулировать выходное напряжение на зажимах 3, 5 и 6. Причем при смещении ползунка вниз (по схеме) выходное напряжение растет и наоборот. Таким образом, при любом заданном значении выходного напряжения происходит его стабилизация.

Нагрузка переменного тока подключается к зажимам 3 (А, В, С), а постоянного тока - к зажимам 5 и 6. При этом, если на этом выходе установить, например, 48 В, то на зажимах 2-6, 2-5 напряжение соответственно ±24 В.

Предлагаемое техническое решение имеет следующие достоинства:

1. Имеется возможность питать нагрузку переменного и постоянного тока.

2. Данный генератор можно использовать для зарядки аккумуляторных батарей различного напряжения, например 24 и 12В.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций. Технический результат заключается в возможности питать нагрузку переменным и постоянным током, а также стабилизировать и регулировать выходное переменное и постоянное напряжение в широком диапазоне. Генератор переменного и постоянного тока дополнительно содержит силовой транзистор, схему управления, состоящую из интегрального стабилизатора (например, Я 120-А, Я 112-А) с токоограничивающим сопротивлением, конденсатор фильтра, делитель напряжения, содержащий резистор и потенциометр, соединенные последовательно. 1 ил.

Генератор переменного и постоянного тока, содержащий трехфазную обмотку на статоре, трехфазный выпрямитель, обмотку возбуждения на роторе, отличающийся тем, что содержит силовой транзистор, схему управления, состоящую из интегрального стабилизатора с токоограничивающим сопротивлением, конденсатор фильтра, делитель напряжения, содержащий резистор и потенциометр, соединенные между собой последовательно, а с другой стороны с “плюсом” и “минусом” трехфазного выпрямителя, ползунок потенциометра соединен с конденсатором фильтра и входом интегрального стабилизатора, общая точка которого соединена с “минусом” трехфазного выпрямителя, а его выход соединен с токоограничивающим сопротивлением и базой силового транзистора, эмиттер которого соединен с “плюсом” трехфазного выпрямителя, а коллектор с обмоткой возбуждения, зашунтированной диодом, последние соединены с “минусом” трехфазного выпрямителя, при этом нагрузка переменного тока подключена к трехфазной обмотке, а постоянного тока - к выходу трехфазного выпрямителя с напряжением Ud или к нулевой точке трехфазной обмотки и одному из выводов трехфазного выпрямителя, при этом выходное напряжение равно Ud/2.